CN101038494B - 位置控制方法、位置控制装置和包含此装置的电动工具 - Google Patents

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Abstract

一种位置控制方法、位置控制装置和包含此装置的电动工具，位置控制装置包括普通电机(13)，与普通电机(13)配接以执行位置变换的执行单元(20)，脉冲发生器(10)，用于产生可变的脉冲信号；处理(11)单元，持续采集和处理脉冲信号并产生相应的脉宽调制信号；连接处理单元和普通电机的连接电路(12)，连接电路(12)将脉宽调制信号输出至普通电机(13)，普通电机13接收并执行脉宽调制信号以驱动执行单元(20)执行位置变换，该位置控制装置能实时的实现位置变换的精密开环控制。

Description

位置控制方法、位置控制装置和包含此装置的电动工具
技术领域
本发明涉及一种位置控制方法、控制装置和包含此装置的电动工具，具体地，本发明涉及一种利用普通电机实现位置的步进和连续变换的开环控制方法、控制装置和包含此装置的电动工具。
背景技术
很多场合下，运动部件的位置变换会需要一个相对快速的运动和一个相对缓慢的运动才能满足运动要求，这类运动包括角度、位移的转换控制和调整等，例如电动工具斜断锯中转台的转动、摆臂的摆动之类。具体地，如需要将一个工件沿30度的斜面切割的话，就需要将摆臂摆动至与转台成30度角，通常的做法例如先手工相对比较快速的从0度摆动至一个比较接近30度的范围，然后再缓慢的手工微调至30度。这种人工操作摆臂的行为除了操作不便，费时费力以外，精度不高会导致位置控制不准和加工精度的降低。
为了提高控制精度，也有采用伺服电机来实现的，如中国公开专利第1253866号，但采用伺服电机来实现精确位置控制的制造成本相当高，尤其不利于在非数控领域内推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种简便可行的位置控制方法。
本发明的另一目的是提供一种采用普通电机来驱动执行单元实现步进和连续位置变换的开环控制装置。
本发明的进一步目的是提供一种制造成本低、可操作性强的位置控制装置。
本发明的还一目的是提供一种适合于在非数控领域内推广的、高精度的位置控制装置。
本发明的再一目的是提供一种能够方便、精确的实现位置控制的电动工具。
一种位置控制方法，包括以下步骤，利用脉冲发生器产生可变化的脉冲信号，其中所述的脉冲发生器具有输入端口，所述输入端口输入不同的输入信号，所述的输入信号同时包含了方向和速度量，且方向和速度通过一个输入端口同时变换，根据所述的输入信号的快慢决定所述脉冲发生器产生的脉冲信号之频率，所述的输入信号的方向决定所述脉冲发生器产生的脉冲信号的相位，处理单元采集所述的脉冲信号并判别其方向和频率从而产生相应的脉宽调制信号，由H桥电路将所述的脉宽调制信号输出至普通电机，所述的普通电机接收和执行所述的脉宽调制信号并驱动执行单元，所述的执行单元执行位置变换；所述的处理单元持续的采集脉冲发生器产生的脉冲信号。
一种位置控制装置，包括普通电机，与所述的普通电机配接以执行位置变换的执行单元，该位置控制装置还包括用于产生可变的脉冲信号的脉冲发生器，所述的脉冲发生器具有输入端口，所述输入端口输入不同的输入信号，所述的输入信号同时包含了方向和速度量，且方向和速度通过一个输入端口同时变换，根据所述的输入信号的快慢决定所述脉冲发生器产生的脉冲信号之频率，所述的输入信号的方向决定所述脉冲发生器产生的脉冲信号的相位；处理单元，持续采集和处理所述的脉冲信号并产生相应的脉宽调制信号；连接所述的处理单元和所述的普通电机的连接电路，所述的连接电路将所述的脉宽调制信号输出至所述的普通电机，所述的普通电机接收并执行所述的脉宽调制信号以驱动所述的执行单元执行位置变换；所述的脉冲发生器产生的脉冲信号包含方向和频率；所述的处理单元产生相应的定宽调频信号；所述的连接电路为H桥电路。
一种电动工具，包括工作部件、驱动所述的工作部件作业的主电机，该电动工具还包括至少一个位置控制装置，所述的位置控制装置包括普通电机；与所述的普通电机配接以执行位置变换的执行单元；脉冲发生器，用于产生可变的脉冲信号，且所述的脉冲发生器具有输入端口，所述输入端口输入不同的输入信号，所述的输入信号同时包含了方向和速度量，且方向和速度通过一个输入端口同时变换，根据所述的输入信号的快慢决定所述脉冲发生器产生的脉冲信号之频率，所述的输入信号的方向决定所述脉冲发生器产生的脉冲信号的相位；处理单元，持续采集和处理所述的脉冲信号并产生相应的脉宽调制信号；连接所述处理单元和所述普通电机的连接电路，所述的连接电路将所述的脉宽调制信号输出至所述的普通电机，所述的普通电机接收并执行所述的脉宽调制信号以驱动所述的执行单元执行位置变换；所述的脉冲发生器产生的脉冲信号包含方向和频率；所述的处理单元产生相应的定宽调频信号；所述的连接电路为H桥电路。
本发明技术方案的有益效果是：由于本发明是一个开环的控制方法，位置变换的方向和速度完全由操作者人为决定，故位置变换的实时性得以保证；控制方案中采用的脉冲发生器和普通电机制造成本低，便于推广应用；连接电路为纯电子电路，故执行单元对应脉冲发生器的输入能迅速做出反应；而H桥电路的使用又保证了普通电机起动和刹车的性能；综上，本发明的位置控制方法、位置控制装置和包含此装置的电动工具对于位置变换的精密度和实时性有足够的保证。
附图说明
图1是本发明位置控制原理图。
图2是本发明脉冲发生器的输出信号图。
图3是本发明H桥连接电路与普通电机的连接图。
图4是包含有本发明位置控制装置的斜断锯侧视图。
图5是图4的局部后视图。
图6是按图5沿A-A方向剖面图。
其中：1、基台底座 2、转台 3、摆臂 4、工作部件 5、锁定手柄 6、摆动枢轴 7、主电机 8、转台延伸区 10、脉冲发生器 11、处理单元 12、连接电路 13、普通电机 20、执行单元 21、电机输出轴 22、第一齿轮 23、第二齿轮
具体实施方式
下面结合附图与优先实施例对本发明作进一步说明。
本发明的意图是通过普通电机13来实现位置变换的精密开环控制，取代成本高的伺服电机或步进电机的控制系统，这种位置变换包括角度、位移等的变换，普遍适用于机械或电机工具领域的位置变换，本发明优先实施例中只是结合电动工具中斜断锯摆臂3的摆动对发明做了阐述，但本领域的普通技术人员可以由此想到各种应用场合，例如电动工具中割草机的刀架或轮子位置的变换以切割不同高度的草等。
本发明中的普通电机13是相对于伺服电机来说的，包含了交流或直流非伺服电机。
结合图1和图2，位置控制装置的输入通过脉冲发生器10进行，此脉冲发生器10可以是编码器等。当需要对位置控制装置进行位置变换时，首先在脉冲发生器10的手柄等输入端口输入不同的输入信号，此输入信号同时包含了方向和速度量，根据手柄旋转的快慢和方向，对应的，脉冲发生器10会产生A和B两路脉冲信号。A和B脉冲信号完全是由输入信号决定的，通常，输入信号的方向量决定了A和B脉冲信号在相位上的差异，A和B脉冲信号的频率或脉宽是由脉冲发生器10的输入信号快慢决定的，当输入信号快，则相应的A和B脉冲信号的频率就高或脉宽较宽，如果输入信号持续的时间长，相应脉冲发生器10的A和B脉冲信号也会保持长时间输出。由于此类脉冲发生器10可以只是一种常规的编码器单元，而其又能由操作者实时改变输入的快慢和方向，根据执行单元的工作情况，随时调整输入，相对于快慢速开关只能提供固定输入速度的输入方式，这种脉冲发生器10的输入方式在控制的实时性上有很大的改进，操作亦方便，方向和速度信号可以通过一个输入口同时变换，且此脉冲发生器10成本低。脉冲发生器10的输出接到处理单元11的输入，此处的处理单元11可以采用MCU、PLC或者CPU等，处理单元11一旦得电就处于持续采集脉冲发生器10输出信号的状态。处理单元11根据采集到的脉冲发生器10输出的A和B脉冲信号的有和无、频率和脉宽的不同，从而产生相应的脉宽调制信号。
脉宽调制信号的方向量是通过判别A和B信号的相位差来决定的，例如，在做角度位置控制时，如果处理单元11采集到A路和B路脉冲信号，经过计算，需要执行单元20做顺时针方向运动的，则输出的脉宽调制信号驱动普通电机13带着执行单元20做顺时针方向角度的变换；如果计算后，需要执行单元20做逆时针方向运动的，则输出的脉宽调制信号驱动普通电机13带着执行单元20做逆时针方向角度的变换，当然，这些都是可事先人为设定的。
在此优选实施例中，处理单元11产生的是定宽调频信号。也即是说，处理单元11根据采集到的A和B路脉冲信号的不同脉宽和频率，产生的是一个脉宽恒定，频率随A和B路脉冲信号频率或脉宽的变化而变化的定宽调频信号。而此定宽调频信号的单个脉宽在此实施例中就是执行单元20进行步进位置变换时的步距。当然，对应不同的应用场合，位置控制装置可以设定不同的步距，从而也可事先设定定宽调频信号的不同脉宽。但是，这种脉宽调制信号的产生并非严格限制在定宽调频信号，可以是定频调宽信号或调宽调频信号等，即通常统称的脉宽调制(PWM)信号。
优先实施例中，处理单元11和普通电机13之间的连接电路12为H桥电路，处理单元11的输出接到如图3所示的H桥电路的四个输入口，H桥电路的四个输入口分别为第一功率开关元件V1、第二功率开关元件V2、第三功率开关元件V3、第四功率开关元件V4，在相应每一功率开关元件的两端并联有第一二极管V5、第二二极管V6、第三二极管V7和第四二极管V8，普通电机13的两端分别接在第一功率开关元件V1和第二功率开关元件V2的连接点与第三功率开关元件V3和第四功率开关元件V4的连接点之间，H桥电路的一端接电源VCC，另一端接地。此处的功率开关元件可以是三极管或MOSFET等。
H桥电路通过判别加在其四个输入端口的脉宽调制信号来控制普通电机13的转向。具体的，例如如果是第四功率开关元件V4和第一功率开关元件V1之间输入有脉宽调制信号，则普通电机13顺时针方向旋转，如第二功率开关元件V2和第三功率开关元件V3之间输入有脉宽调制信号，则普通电机13逆时针旋转，当然这种方向可以人为规定。
当H桥电路上输入的脉宽调制信号为一个相对较高频率的信号，则普通电机13接收到的有效值是一个连续值，相应的，普通电机13会驱动执行单元20做连续的位置变换；而当H桥电路上输入的脉宽调制信号为一个相对较低频率的信号，则普通电机13接收到的有效值会是一个个离散的脉冲值，从而，普通电机13会驱动执行单元20做步进的位置变换。对应不同功率的普通电机13，其所接收的脉宽调制信号的有效值为连续或离散，是由脉宽调制信号的频率决定的。
当然，此处也可以采用其他电子电路来实现这种信号的传递，相对于处理单元11和普通电机13之间用继电器加电路的连接方式，H桥的采用使处理单元11和普通电机13之间的工作实时性得到实现，避免了继电器机械动作的时间转换。
下面，具体结合此位置控制装置在电动工具斜断锯上的应用来进一步阐述本发明的实施和凸显的优异性。
结合图4、图5和图6，电动工具斜断锯包括基台底座1，可绕基台底座1垂直中心线旋转的转台2，设置于转台2后侧并可绕摆动枢轴6旋转的摆臂3，摆臂3末端枢轴连接有工作部件4和主电机7，转台2前端具有一向前延伸区域8，该延伸区域8用于设置脉冲发生器10，转台2的形状如此的设置是方便使用者在远离工作部件4的位置上进行操作，可以避免工作部件4伤人的情形的发生，同时使操作者在台前就能对摆臂3位置及转台2位置进行控制及调节，而不需要走到台后或者台侧去对摆臂3位置进行控制和锁紧。
普通电机13设置于转台2内，电机输出轴21端部连接有第一齿轮22，与之啮合的第二齿轮23固定设置于摆臂3下端，当脉冲发生器10输入的信号为逆时针并比较快时，经位于基台底座1内的处理单元11处理后输出的是一个相对频率较高的脉宽调制信号，这时，普通电机13接收的有效值为连续值，从而执行逆时针方向连续旋转，固定连接于电机轴21端部的第一齿轮22开始同步转动，第一齿轮22驱动与之啮合的第二齿轮23顺时针方向连续旋转，从而带动摆臂3顺时针方向连续摆动，也就实现了摆臂3相对转台2的大位移量，这就是本领域内通常所说的斜切割机摆臂3位置的快调，当脉冲发生器10输入的信号为逆时针并比较慢时，经位于基台底座1内的处理单元11处理后输出的是一个相对频率较低的脉宽调制信号，这时，普通电机13接收的有效值为离散值，从而开始逆时针方向带动第一齿轮22做步进运动，第一齿轮22驱动与之啮合的第二齿轮23顺时针方向做步进运动，致使摆臂3相对转台2顺时针方向步进摆动，可以实现摆臂3相对转台3的小位移量，这就是本领域内通常所说的斜切割机摆臂3位置的慢调或者精调；同样道理，当脉冲发生器10输入的信号为顺时针时，可分别实现摆臂3相对转台2沿逆时针方向的连续摆动及步进摆动，此处不作赘述。由于第一齿轮22与第二齿轮23的啮合不具有锁定功能，因此，为了使操作者在该控制位置进行锁定，本实施例中在转台2延伸部位端部设置了锁紧手柄5，用以将摆臂3在设定位置上锁定。当然也可以采用蜗轮蜗杆的结构来代替齿轮齿条的传动，从而实现自锁功能。
此处，脉冲发生器10、处理单元11、连接电路12及普通电机13的位置安置都是可以变换的，如普通电机13也可以设置在摆臂上等，在此优先实施例中，执行单元20包括了电机输出轴21、第一齿轮22、第二齿轮23及摆臂3，当然，此处的齿轮啮合本领域的普通技术人员可以想到利用其他各种传动装置来替代。
对于本发明的位置控制方法、位置控制装置在电动工具及其他机电领域中可能的应用场合，例如滑动锯上转台相对基座的转动，割草机上刀架或轮子的位置变换等，此处不再复述。

Claims (10)

1.一种位置控制方法，包括以下步骤，利用脉冲发生器(10)产生可变化的脉冲信号，其中所述的脉冲发生器(10)具有输入端口，所述输入端口输入不同的输入信号，所述的输入信号同时包含了方向和速度量，且方向和速度通过一个输入端口同时变换，根据所述的输入信号的快慢决定所述脉冲发生器(10)产生的脉冲信号之频率，所述的输入信号的方向决定所述脉冲发生器(10)产生的脉冲信号的相位，处理单元(11)采集所述的脉冲信号并判别其方向和频率从而产生相应的脉宽调制信号，由H桥电路将所述的脉宽调制信号输出至普通电机(13)，所述的普通电机(13)接收和执行所述的脉宽调制信号并驱动执行单元(20)，所述的执行单元(20)执行位置变换。
2.如权利要求1所述的位置控制方法，其特征在于，所述的处理单元(11)持续的采集脉冲发生器(10)产生的脉冲信号。
3.一种位置控制装置，包括普通电机(13)，与所述的普通电机(13)配接以执行位置变换的执行单元(20)，其特征在于，该位置控制装置还包括用于产生可变的脉冲信号的脉冲发生器(10)，所述的脉冲发生器(10)具有输入端口，所述输入端口输入不同的输入信号，所述的输入信号同时包含了方向和速度量，且方向和速度通过一个输入端口同时变换，根据所述的输入信号的快慢决定所述脉冲发生器(10)产生的脉冲信号之频率，所述的输入信号的方向决定所述脉冲发生器(10)产生的脉冲信号的相位；处理单元(11)，持续采集和处理所述的脉冲信号并产生相应的脉宽调制信号；连接所述的处理单元(11)和所述的普通电机(13)的连接电路(12)，所述的连接电路(12)将所述的脉宽调制信号输出至所述的普通电机(13)，所述的普通电机(13)接收并执行所述的脉宽调制信号以驱动所述的执行单元(20)执行位置变换。
4.如权利要求3所述的位置控制装置，其特征在于，所述的脉冲发生器(10)产生的脉冲信号包含方向和频率。
5.如权利要求3或4所述的位置控制装置，其特征在于，所述的处理单元(11)产生相应的定宽调频信号。
6.如权利要求5所述的位置控制装置，其特征在于，所述的连接电路(12)为H桥电路。
7.一种电动工具，包括工作部件(4)、驱动所述的工作部件作业的主电机(7)，其特征在于，该电动工具还包括至少一个位置控制装置，所述的位置控制装置包括普通电机(13)；与所述的普通电机(13)配接以执行位置变换的执行单元(20)；脉冲发生器(10)，用于产生可变的脉冲信号，且所述的脉冲发生器(10)具有输入端口，所述输入端口输入不同的输入信号，所述的输入信号同时包含了方向和速度量，且方向和速度通过一个输入端口同时变换，根据所述的输入信号的快慢决定所述脉冲发生器(10)产生的脉冲信号之频率，所述的输入信号的方向决定所述脉冲发生器(10)产生的脉冲信号的相位；处理单元(11)，持续采集和处理所述的脉冲信号并产生相应的脉宽调制信号；连接所述处理单元(11)和所述普通电机(13)的连接电路(12)，所述的连接电路(12)将所述的脉宽调制信号输出至所述的普通电机(13)，所述的普通电机(13)接收并执行所述的脉宽调制信号以驱动所述的执行单元(20)执行位置变换。
8.如权利要求7所述的电动工具，其特征在于，所述的脉冲发生器(10)产生的脉冲信号包含方向和频率。
9.如权利要求7或8所述的电动工具，其特征在于，所述的处理单元(11)产生相应的定宽调频信号。
10.如权利要求9所述的电动工具，其特征在于，所述的连接电路(12)为H桥电路。
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